不同耦合介质爆破裂纹动态扩展特性研究

不耦合装药结构能有效改善爆破效果。为探究不同耦合介质对爆破效果的影响,利用透射式数字激光焦散线实验系统,对有机玻璃板(polymethyl methacrylate, PMMA)试件开展水、空气、沙土3种耦合介质的不耦合爆破试验,研究不同耦合介质爆后裂纹形貌,计算裂纹分形维数,定量评价岩石破坏程度。分析裂纹扩展速度与动态应力强度因子变化规律,对比不同耦合介质下爆生裂纹的动态力学行为。结合数值模拟进行辅助分析,解释不同耦合介质对数值模拟中爆破损伤范围、孔壁压力时间曲线和岩石模型的总能量曲线的影响规律。结果表明：水耦合爆后裂纹分形维数最大,炮孔周围裂纹数量众多,主裂纹扩展长度最大,爆破效果最佳。沙土耦合爆破需要更多的能量使裂尖起裂,其动态应力强度因子最大。模拟得到的损伤云图与实验结果一致,水耦合损伤范围最大,空气耦合次之,沙土耦合损伤范围集中在炮孔周围。而孔壁压力时程曲线、能量时程曲线则验证爆破实验结果,表明水耦合爆破能更好地利用爆炸能量,提高试件的破坏效果。